Солнечный ветер
1. Интенсивность солнечного излучения вне оптического диапазона. Электромагнитное излучение Солнца, максимум которого приходится на видимую часть спектра, проходит строгий отбор в земной атмосфере.
В ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах мощность солнечного излучения резко уменьшается — в сотни тысяч раз по сравнению с мощностью излучения в оптическом диапазоне. Но если в оптическом диапазоне Солнце является постоянной звездой, то излучение в коротковолновой области спектра зависит от солнечной активности, увеличиваясь или уменьшаясь в несколько раз в течение 11-летнего солнечного цикла. Сильно возрастает поток коротковолнового излучения во время солнечных вспышек. Из нижних слоёв хромосферы исходит ультрафиолетовое излучение, максимальная интенсивность которого может в два раза превышать минимальное значение в 11-летнем цикле. Основное рентгеновское излучение исходит от короны Солнца.
Рентгеновское и ультрафиолетовое излучение Солнца поглощается в верхних слоях атмосферы Земли. Оно ионизирует газы земной атмосферы. Ионизированный слой верхней атмосферы Земли называется ионосферой. Отражение коротких радиоволн от ионосферы Земли используется в радиосвязи. При сильных всплесках солнечного рентгеновского излучения из-за солнечных вспышек нарушается связь на коротких радиоволнах.
Рисунок 120 — Схема образования магнитосферы Земли
Длинноволновое (мягкое) ультрафиолетовое излучение Солнца способно проникать до высоты 30—35 км в атмосферу Земли. Там оно разделяет молекулу кислорода О2 на два составляющих её атома. Свободные атомы, соединяясь с молекулами кислорода, образуют новое вещество — озон, каждая молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.
Озоновый слой поглощает практически всё ультрафиолетовое излучение Солнца, оставляя лишь малую долю, достигающую поверхности Земли и вызывающую у людей ожоги кожи, которые называются «загар». Когда толщина озонового слоя уменьшается, солнечное ультрафиолетовое излучение может возрасти в 1,5—2 раза. Тогда это излучение становится очень активным и может вызывать заболевание раком кожи.
2. Солнечный ветер. Непрерывный расширяющийся поток разреженной плазмы, радиально исходящий от Солнца вдоль линий напряжённости магнитного поля и заполняющий собой межпланетное пространство, называется солнечным ветром. В его состав входят протоны, электроны, а также а-частицы и в незначительных количествах ряд высокоионизированных атомов (кислород, кремний, сера, железо). Скорость частиц солнечного ветра увеличивается по мере удаления от Солнца. Вблизи Земли средняя скорость солнечного ветра достигает 450 км/с, а плотность составляет несколько частиц в кубическом сантиметре.
Поток солнечной плазмы не может преодолеть противодействие магнитного поля Земли и обтекает его. При этом образуется полость каплеобразной формы — магнитосфера (рис. 120). Со стороны Солнца она сжата давлением солнечного ветра. Граница магнитосферы, обращённая к Солнцу, находится на расстоянии, равном в среднем 10—12 радиусов Земли. С противоположной (ночной) стороны магнитосфера вытянута подобно хвосту кометы и растягивается на 6000 радиусов Земли. С изменением скорости и плотности частиц солнечного ветра изменяется и форма магнитосферы.
3. Солнечно-земные связи. Солнечная активность оказывает сильное влияние в первую очередь на внешние оболочки Земли — магнитосферу и ионосферу. Во время мощных солнечных вспышек частицы могут разгоняться до 100 000 км/с, т. е. возникают космические лучи солнечного происхождения. Под воздействием солнечных космических лучей образуется окись азота NO, которая, взаимодействуя с озоном, активно его разрушает за счёт реакции NO + O3 ®NO2 + O2. После мощных вспышек на Солнце наблюдается понижение содержания озона в стратосфере над полярными шапками Земли.
С помощью коронографов, установленных на космических аппаратах, регистрируют грандиозные выбросы вещества из возмущённой короны Солнца. Оторвавшийся от Солнца сгусток корональной плазмы, несущий внутри себя замкнутую петлю магнитного поля, называется корональным выбросом массы.
Рисунок 121 — Полярное сияние
Как формируется Полярное Сияние
Столкновение плазменного облака с магнитосферой Земли является причиной её сильного возмущения. Воздействие коронального выброса приводит к возникновению сильных магнитных бурь, к разогреву и ускорению плазмы внутри магнитосферы. При этом быстрые протоны и электроны, сталкиваясь с молекулами воздуха на высоте 100—200 км, ионизуют их и заставляют светиться. В результате этого на Земле, преимущественно в околополярных широтах, наблюдаются полярные сияния (рис. 121). При высокой геомагнитной активности полярные сияния появляются на высоте 300—400 км, и их можно наблюдать даже на широтах Республики Беларусь.
Во время магнитной бури изменяются электрические поля над поверхностью Земли. Это приводит, во-первых, к возникновению перегрузок в линиях электропередачи (до нескольких сотен ампер) и их отключению; во-вторых, к наведению сильных токов в трубах газо- и нефтепроводов и к выходу из строя их систем управления. Последствия магнитной бури сказываются на бортовых электронных системах космических аппаратов.
Влияние Солнца на человека
Магнитные бури приводят к изменению давления в тропосфере (нижнем слое атмосферы Земли), в результате чего развиваются циклоны.
На тот факт, что Солнце влияет на биологические объекты, в том числе и на здоровье человека, впервые ещё в 1915 г. обратил внимание Александр Леонидович Чижевский. Проанализировав исторические документы, учёный пришёл к выводу, что в прошлом массовые стихийные бедствия и вспышки эпидемий приходились преимущественно на годы максимумов солнечной активности. На основании выведенной связи А. Л. Чижевский попытался предсказать некоторые эпидемии на 35 лет вперёд. Его прогнозы сбылись в семи случаях из восьми.
А. Л. Чижевский является одним из основателей гелиобиологии. Эта наука, возникшая на стыке физики Солнца и биологии, изучает влияние циклической активности Солнца на биологические объекты и здоровье человека.
К колебаниям солнечной активности особенно чувствительна нервная система человека. Достоверно установлено, что число больных, поступающих в клиники, резко увеличивается в дни подъёма солнечной активности. Предполагается, что солнечная активность влияет на человека через возмущения магнитного поля Земли.
Чтобы всесторонне исследовать явления, происходящие на Солнце, учёные проводят непрерывные наблюдения Солнца, которые называют Службой Солнца.
Главные выводы 1. Мощность радио-, коротковолнового и корпускулярного излучений Солнца значительно возрастает при активных процессах в солнечной атмосфере. 2. Озоновый слой атмосферы Земли является защитной оболочкой от вредного для человека и живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца. 3. Солнечный ветер — непрерывный поток разреженной плазмы, радиально исходящий от Солнца. 4. Неоднородность солнечного ветра вызывает на Земле магнитные бури, полярные сияния, радиовсплески. 5. Гелиобиология — наука, изучающая влияние активности Солнца на биологические объекты и человечество.
Контрольные вопросы и задания
1. Как земная атмосфера влияет на прохождение различных видов солнечного излучения к поверхности Земли?
2. Почему на Земле часто наблюдается нарушение связи на коротких радиоволнах?
3. Какова роль озонового слоя в атмосфере Земли? Каким образом активность Солнца может влиять на толщину озонового слоя Земли?
4. Что такое солнечный ветер? Как он возникает?
5. Что называют магнитосферой Земли? Какое влияние на неё оказывает солнечный ветер?
6. Каковы причины и последствия магнитных бурь на Земле?
7. Каковы причины происхождения полярных сияний?